Technika Wysokich Napięć

1.Omówić rodzaje i struktury dielektryków.

2. Na czym polega polaryzacja dielektryków i jakie są ich rodzaje.

3.Od czego zależy stratność dielektryka

4. Co to jest stała dielektryczna i od czego zależy.

5. Scharakteryzować naprężenia elektryczne w układach uwarstwionych.

6. Wymienić i krótko scharakteryzować procesy jonizacyjne w gazach

7. Wymienić i scharakteryzować procesy dejonizacyjne w gazach.

8. Od czego zależą naprężenia elektryczne i co to jest współ. niejedn. pola.

9. Omówić podstawowe rodzaje wyładowań.

10. Wyjaśnić warunek samodzielności wyładowania.

11.Omówić mechanizm Towsenda rozwoju wyładowania

12 Co mówi prawo Paschena

13. Mechanizm kanałowy rozwoju wyładowania

14.Warunek powstania mechanizmu kanałowego

15. Omówić mechanizm próżniowy przeskoku

16. Co to jest ulot

17. Jak wpływa biegunowość ostrza na ulot

18. Od czego zależy napięcie początkowe ulotu

19. Opisać zjawiska początkowe ulotu.

20. Od czego zależą straty ulotu.

21. Praktyczne znaczenie ulotu.

22. Wpływ rozkładu pola na wytrzymałość statyczną gazu

23.Wpływ biegunowości elektrod na wytrzymałość statyczną gazu

24.Wpływ symetrii zasilania i rozmiarów elektrod na wytrzymałość statyczną gazu

25.Od czego zależy wytrzymałość udarowa powietrza

26. Scharakteryzować typowe kształty napięć udarowych i uzasadnić ich stosowanie

27. Jak definiuje się charakterystykę wytrzymałości udarowej.

28. Co to jest współczynnik udarowy i od czego zależy.

29. Jaki jest wpływ czasu i częstotliwości na wytrzymałość elektryczną gazu.

30. Wpływ warunków atmosferycznych na wytrzymałość elektr powietrza

31. Wpływ ciśnienia i rozmiarów elektrod na wytrzymałość gazów sprężonych

32.Wytrzymałość elektryczna próżni i gazów sprężonych

33. właściwości elektr gazów elektroujemnych

34. Jakie są mechanizmy przebicia cieczy izolacyjnych.

35. Omówić wpływ ciśnienia, temperatury, wilgotności na wytrzymałość cieczy.

36. Porównanie wytrzymałości statycznej i udarowej cieczy.

37.Wpływ czasu i częstotliwości na wytrzymałość cieczy

38. Wpływ rozkładu pola i rozmiaru elektrod na wytrzymałość cieczy.

39.Praktyczne zasady stosowania układów izolacyjnych z cieczami dielektrycznymi

40.Żywotność izolacji ciekłej

41. Scharakteryzować mechanizmy przebicia dielektryków stałych

42.Wyładowanie niezupełne w izolacji stałej.

43.Na czym polega degradacja izolacji stałej?

44.Omówić krzywą życia układu izolacyjnego z izolacją stałą.

45.Scharakteryzować wytrzymałość układów izolacyjnych złożonych.

46.Wytrzymałość statyczna i elektryczna układów uwarstwionych równolegle.

47.Wytrzymałość statyczna i udarowa układów uwarstwionych szeregowa.

48.Od czego zależy wytrzymałość elektryczna powierzchniowa.

49.Omówić mechanizm wyładowań ślizgowych.

50. Podział izolatorów ze względu na ich funkcję, konstrukcję i warunki pracy.

51.Wpływ rozkładu napięcia na izolatorach liniowych na ich wytrzymałość.

53.Wpływ zabrudzenia i wilgoci na wytrzymałość izolatorów. mech. zabrudzeniowy.

55.Wytrzymałość izolatorów przepustowych.

56.Typowe konstrukcje izolatorów przepustowych. Zapobieganie wyład. ślizgowym.

57.Omówić charakterystyczne cechy konstrukcji kabli elektrycznych WN.

58. Z czym wiążą się mechanizmy przebicia i żywotności kabli

59. Problem wyładowań niezupełnych w kablach WN.

60. Głowice i mufy kablowe.

61. Powstawanie ładunków elektrycz w atmosferze

62. Opisać mechanizm rozwoju wyładowania piorunowego.

63. Omówić charakterystyczne parametry wyładowania piorunowego.

64. Scharakteryzować rodzaje przepięć atmosferycznych w sieciach energetycznych.

65. Propagacja fal napięciowych w liniach elektroenergetycznych.

66. Wyjaśnić pojęcie impedancji falowej i podać jej związek z prędkością propagacji fali.

67. Opisać przebiegi falowe linii o końcu rozwartym.

68. Przebiegi falowe w linii o końcu zwartym.

69. Przebiegi falowe w węźle o zmieniającej się Z zmniejszej na większą.

70. Opisać przebiegi falowe w węźle o skokowo zmieniaj. się imped. falowej z większej na mniejszą.

71. Opisać przebiegi falowe w uzwojeniach maszyn przy różnych połączeniach pkt zerowego.

72. Omówić zasady i środki ochrony odgromowej stosowane w układach elektroenergetycznych.

73. Na czym polega koordynacja izolacji? Podać jej główne zasady.

74.Na czym polega dostosowanie konstrukcji izolacji uzwojeń odpornej na napięcie udarowe.

75.Źródła napięć probierczych.

76.Typowe układy probiercze wysokiego napięcia przemiennego. Dobór paramerów układu.

77.Typowe układy probiercze wys. napięcia stałego. Dobór parametrów układu.

78.Właściwości generatorów udarów napięciowych i prądowych

79.Typowe układy probiercze WN udarowego

80.Omówić metody prób izolacji wysokim nap. przemiennym.

81.Omówic metody prób izolacji wysokim napię-ciem stałym.

82. Omówić metody prób izolacji wysokim napięciem udarowym

83.Próby napięciowe izolatorów na mokro i w warunkach zabrudzeniowych.

84.Omówić metody pomiarowe wysokich napięć stałych i przemiennych.

85. Omówić metody pomiarowe napięć udaro-wych i szybko zmiennych.

86. Omówić metody pomiarowe wyładowań niezupełnych

87. Omówić metody pomiaru stratności izolacji (współczynnika strat) przy wysokim napięciu

88.Pomiar wysokonapięciowym mostkiem Scheringa

1.Omówić rodzaje i struktury dielektryków.

Dielektryki dzielą się na:

- materiały elektroizolacyjne

- materiały odznaczające się silną polaryzacją.

W technice WN wykorzystuje się głównie materiały elektroizolacyjne, które dzielą się na:

- gazy (naturalne syntetyczne, szlachetne)

- ciecze (oleje :mineralne, syntetyczne i naturalne)

- ciała stałe (nieorganiczne, mieszane, organiczno-naturalne i syntetyczne)

Stan skupienia dielektryków zależy od stosunku potencjalnej energii przyciągania cząstek i energii kinetycznej ich ruchu cieplnego. Wśród dielektryków wyróżnia się następujące struktury: krystaliczne - tworzone przez symetryczne i powtarzające się układy atomów lub jonów, zwane komórkami elementarnymi. Układy przypadkowe licznych mniejszych kryształów są nazywane polikryształami, a układy uporządkowane regularnie monokryształami. Struktury te są anizotropowe, wykazujące różne właściwości w różnych kierunkach.

Kryształy mogą układać się w różne struktury przestrzenne:

- Struktury cząsteczkowe - tworzone przez słabe wiązania cząsteczek utworzone z nielicznych atomów silnie ze sobą powiązanych (H₂O, O₂, N₂ ). Cząsteczki te odznaczają się dużą trwałością, a całe struktury materiałowe w stanie stałym małą twardością, niską temperaturą topnienia i skłonnością do polimeryzacji.

- Struktury amorficzne (bezpostaciowe) - tworzone z atomów drgających wokół punktów rozmieszczonych chaotycznie w większej przestrzeni. Struktury te charakteryzują się izotropowością czyli jednakowymi właściwościami we wszystkich kierunkach. Reprezen-tantami są ciecze, smoły, szkła i wiele tworzyw sztucznych.

2. Na czym polega polaryzacja dielektryków i jakie są ich rodzaje.

Wzajemny układ ładunków różnoimiennych o jedna-kowej wartości, występujących w dielektryku, może być:

- symetryczny - elektrycznie obojętny, gdy punkty środkowe ładunku + i - polaryzują się

- niesymetryczny - polarny , gdy punkty środkowe są względem siebie przesunięte.

Umieszczenie dielektryka zew. Polu elektrycznym może powodować:

- polaryzację makroskopową (polar ładunku przestrze-nnego), przemieszczenie się ład. Swobodnych oraz jonowych nośników ładunku wzdłuż linii pola elektr w kierunku powierzchni granicznej dielekt.

- polaryzację dipolową (orientacyjną)- uporządkowanie dipoli przez zmianę kierunku ich momentów na bardziej zbliżony do kierunku natężenia pola zew.

- polaryzacje deformacyjną atomową lub jonową , tj. wzajemne przesuniecie sprężyste atomów, jonów lub grup polarnych cząstek przy równoczesnej deformacji ich powłok elektronowych.

- polaryzację elektronową tj. Spręzyste przesunięcie w atomie pkt środkowego chmury elektronowej wzgl. „+” jądra.

3.Od czego zależy stratność dielektryka

Straty energii odniesione do jednostki czasu i objętości dielektryka są nazywane stratnością. W polu przemiennym stratność dielektryczna

gdzie:ω-częstotliwość zmian pola

γ-konduktywność dielektryka

ε_r''-składowa urojona przenikalności względnej ε_r=ε_r'-jε_r''

Jest ona więc iloczynem natężenia pola elektrycznego i składowej rzeczywistej gęstości sumarycznego prądu przepływającego przez dielektryk.

P_e=ωε₀ε_r'E²tgδ

gdzie wartości ε_r' i tgδ można wyznaczyć z pomiarów za pomocą mostka Scheringa.

4. Co to jest stała dielektryczna i od czego zależy.

Stała dielektryczna ε jest to wielkość charakteryzująca każdy dielektryk, i jest to liczba określająca ile razy pojemność kondensatora zawierającego dielektryk jest większa od takiego samego kondensatora próżniowe-go. Zależy od częstotliwości zewnętrznego pola elektrycznego. Częstot. ↑ − ε ↓

5. Scharakteryzować naprężenia elektryczne w układach uwarstwionych.

Układy izolacyjne mogą składać się z kilku dielektr. , ułożonych w przestrzeni między elektrodowej równo-legle , szeregowo lub ukośnie. W przypadku równo-ległego ułożenia, rozkład naprężeń po obu str. granicy podziału dielekt. Jest taki sam , czyli E₁=E₂

W układzie płaskim dielektryków ułożonych szeregowo indukcja elektr D pozostaje nie zmieniona przy przej-ściu z dielektryka o przenikalności ε₁ do dielektryka o przenikalności ε₂, a zatem naprężenia dielekt. E₁, E₂ są odwrotnie proporcjonalne do przenikal dielekt. E₁*ε₁=E₂*ε₂

Naprężenia w układzie ukośnym dielekt. Mogą być rozłożone na składowe równoległe (styczne do granicy podziału ) E_t1=E_t2 i na składowe prostopadłe do granicy podziału o wartościach odpowiadających szeregowemu układowi dielekt. E_1n*ε₁=E_2n*ε₂

W przypadku cylindrycznego uwarstwienia dielektryków wartości naprężeń w poszczególnych warstwach wyznacza się z zależności

6. Wymienić i krótko scharakteryzować procesy jonizacyjne w gazach

• fotonizacja niesamoistna (powodowana przez promieniowanie zewnętrzne) i fotonizacja samoistna (powodowana przez promieniowanie wewnętrzne) występuje, gdy energia wzbudzenia W_w lub soma energi wzbudzenia osiąga poziom jonizacji W_j. Energia wzbudzenia wzrasta , gdy długość fali promieniowania λ_w = c/v_w = ch/W_w maleje. Długość wystarczająca do zjonizowania atomu λ_wj musi spełniać warunek λ_wj<=ch/W_j

• fotoelektronowa jest efektem wtórnym fotonizacji. Przy bardzo dużych energiach promieniowania uwolnione elektrony mogą wykazywać tak dużą energię kinetyczną że będą w stanie zjonizować następną napotkaną na swej drodze cząsteczkę

• zderzeniowa w polu elektrycznym następuje w wyniku bombardowania cząsteczek obojętnych przez ładunki swobodne przyśpieszone siłami pola. Znajdujący się lub wchodzący do obszaru pola E z prędkością pocz v ładunek q dryfuje w kierunku sił pola z prędkością v_s = (qE/m)t+v_os, W_k=(a²q²kTE²)/(6p²π²r₀⁴)

• termiczna jest również jonizacją zderzeniową lecz następuje wskutek wzrostu energii kinetycznej w ruchu cieplnym pod wpływem wysokiej temperatury. Do uzyskania jonizacji potrzebna jest energia W_k=mv²/2=3kT/2>W_j czyli T>2W_j/3k Dla wodoru 1,05*10⁵K jest to stan plazmy który nie występuje w początkowym stadium rozwoju wyładowania. Odgrywa istotną rolę w stadium późniejszym przyczyniając się do wzrostu stopnia zjonizowania gazu w obszarze wyładowania.

• Powierzchniowa związana jest z emisją ładunków z elektrody dzieli się na fotoemisję termoemisję autoemisję i emisję przez bombardowanie. Do wywołania fotoemisji jest niezbędna dostatecznie duża częstotliwość fali promieniowania , do wywołania termoemisji rozżarzenie elektrody do wywołania autoemeisji natężenie pola ok. 1MV cm^-1 a do wywołania emisji przez bombardowanie energia kinetyczna jonu przekraczająca pracę wyjścia elektronów z powierzchni elektrody zawierająca się w granicach 0,7-6,3eV

7. Wymienić i scharakteryzować procesy

dejonizacyjne w gazach.

- rekombinacja jest to łączenie elektronów i jonów o różnych znakach w neutralne cząsteczki. Zwalniana przy tym energia jonizacyjna daje promieniowanie

- wiązanie elektronów z cząsteczkami neutralnymi czyli przechodzenie elektronów w jony `-`. Zjawisko te występuje w gazach zwanych elektroujemnymi (tlen, para wodna ), proces wiązania elektronu daje wydzie-lenie energii w postaci promieniowania.

- przechodzenie jonów lekkich w ciężkie w powietrzu atmosferycznym. Występuje np. Łączenie się jonów z cząsteczkami kurzu lub kroplami wody (absorpcja ) oraz skraplanie pary wodnej na jonach.

8. Od czego zależą naprężenia elektryczne i co to jest współ. niejednorodności pola.

Naprężenia dielektryków w układach izolacyjnych kształtują się podobnie jak wywołujące je naprężenia napięciowe i dzielą się na: naprężenia stałe ,przemienne, udarowe (o dowolnym przebiegu czasowym ) oraz robocze, podwyższone, chwilowe i maksymalne.

Pod względem rozkładu przestrzennego można wyróżnić naprężenia: jednorodne i niejednorodne, średnie i max oraz lokalne.

Do czynników decydujących o charakterze zmian jakim podlegają czasową - przestrzenne rozkłady naprężeń należą :

- przebiegi narażeń napięciowych ukł.

- ukształtowanie geometryczne elektro.

- struktura dielektryków tworzących ukł.

Stosunek wartości max E_m natężenia pola do wartości średniej E₀ w danym ukł. Izolacyjnym jest nazywane współczynnikiem niejednorodności pola

Tak więc przy odległości elektr.

Od „a”

W układzie o polu jednorodnym β=b i E_m=E_o

W układzie o polu niejednorodnym β>b i E_m>E_o

9. Omówić podstawowe rodzaje wyładowań.

1. Samodzielne - zjawiska wynikające z przyspieszenia elektronów i jonów przez pole elektryczne w samym wyładowaniu oraz promieniowania wysyłanego przez wyładowanie. Zjawiska samodzielne rozpoczynają się dzięki jonizacji bodźczej elektronowej. Powoduje ona silny wzrost gęstości prądu. Jonizacja bodźcza wystę-puje tylko w polu elekt. o dużym natężeniu np dla powietrza atmosferycznego przy 30 kV/cm.

Pierwszy elektron jonizuje pierwszą cząsteczkę, dalej już biegną dwa elektrony biorą udział w dalszych zderzeniach. Zjawisko to nazywamy lawiną elektronową.

Dyfuzja i rozszerzenie się lawiny, której promień rośnie proporcjonalnie do pierwiastka z drogi. Wyładowania samodzielne mogą być :

- niezupełne (ulot, wyładowania snopiaste, ślizgowe)

- zupełne (iskra i łuk elektryczny)

2. Niesamodzielne - jeśli wyładowanie jest zasilane elektronami i jonami tylko przez przyczyny zewnętrzne. Występuje w polu elektrycznym o małym natężeniu przy niezbyt wysokich temp . Gęstość prądu jest zależna od gęstości elektronów i jonów w polu między elektro-nowym, od ich ruchliwości i od natężenia pola. W powietrzu atmosf elektrony i jony powstają droga jonizacji przestrzennej poprzez (ciała promieniotwórcze w ziemi i powietrzu atmosf , promieniowanie słoneczne ultrafioletowe bardzo krótko falowe (na dużych wysoko-ściach), promieniowanie kosmiczne)

Elektrony mogą być wyzwolone także z ciał stałych, kryształków lodu, kurzu oraz w wyniku rozrywania kropel wody.

10. Wyjaśnić warunek samodzielności wyładowania.

Lawina elektronowa zostaje zapoczątkowana gdy wzrost energii swobodnego elektronu na drodze λ_i w kierunku pola (E), równe e*E*λ_i, przekroczy wartość energii jonizacyjnej e*U_j.

Krytyczna droga swobodna ze względu na jonizacje W_j=U_j/E; tak więc wystąpienie określonej długości drogi swobodnej λ_i≥λ_j jest zdażeniem losowym. O liczbie jonizacji mówi współczynnik pierwotnej jonizacji zdeżeniowej (współ Towsenda)- a liczba powstałych jonów jest równa [exp( --> [Author:brak] α*a)-1], a liczba uwolnionych przez nie elektronów z katody γ[exp(α*a)-1]. Aby rozpoczęło się wyładownie samoistne musi być wybity z katody przez jon dodatni co najmniej jeden elektron stąd warunek na wyładowanie samoistne ma postać

w polu jednorodnym

γ[exp(α*a)-1]≥1

w polu niejednorodnym

gdyż w polu niejednorodnym współczynnik α jest funkcją drogi.

11.Omówić mechanizm Towsenda rozwoju wyładowania

Mechanizm Towsenda oparty jest na założeniu że wewnętrznym źródłem swobodnych elektronów jest wyłącznie emisja z katody .Pod wpływem bombardowania jej przez jony dodatnie powstające w procesie jonizacji zderzeniowej w lawinie i że przy stosunkowo nie dużym odstępie elektrod ładunek przestrzenny jest zbyt mały aby mógł w istotny sposób wpłynąć na rozkład pola .Oznaczając przez :

-n_a-liczba elektronów wywołanych przez czynniki zewnętrzne

-n₀- liczba elektronów uwolnionych z katody

-n_k- przyrost elektronów w wyniku jonizacji zderzeniowej na drodze od katody do anody

γ=(n_k-n₀)/(n_a-n_k)

współczynnik γ nosi nazwę wspólczynnika jonizacji wtórnej lub jonizacji powierzchniowej i wyraża efektywność emisji elektronów z katody pod wpływem jonów dodatnich powstających w lawinie pierwotnej . Liczba jonów jest równa exp(αa)-1 a liczba uwolnionych przez nie elektronów γ[ exp(αa)-1].

Żeby rozpoczęło się wyładowanie samoistne musi być wybity z katody przez jon dodatni conajmniej jeden elektron . Warunek wyładowania samoistnego stanowiący kryterium przeskoku lawinowego w polu jednorodnym γ[ exp(αa)-1]>=1

W polu niejednorodnym warunek ma postać : γ[exp(_-a∫^aαdx)-1]>=1

a-odległość międzyelektrodowa

12 Co mówi prawo Paschena

Prawo Paschena przedstawia zależność między napięciem początkowym oraz iloczynem σa (a-odległość międzyelektrodowa , σ-względna gęstość powietrza )

Uo=f(σa) a przy stałej temp. T=const.jest funkcją iloczynu ciśnienia p. i a .Uo=f(pa) Ogólnie f_γ(Uo/σa){exp[σa f_γ(Uo/σa)]}

W obszarze bardzo małych pa wytrzymałość elektr. powietrza wzrasta ze zmniejszaniem się iloczynu pa związane jest to z własnościami próżni (bardzo mała liczba zderzeń na drodze międzyelektrodowej).W obszarze większych wartości iloczynu pa wytrzymałość elektryczna rośnie wraz ze wzrostem iloczynu pa lecz nie ściśle proporcjonalnie . Między obu obszarami mamy minimum Uo , które dla powietrza wynosi około 350V , a występuje w temperaturze 20'C przy iloczynie pa =0,5 mmHg*cm .

13. Mechanizm kanałowy rozwoju wyładowania

W postępującej lawinie następuje rozdział ładunków. Szybkie elektrony gromadzą się przy jej czole a cięższe jony dodatnie pozostają w tyle. Możliwość pojawienia się jopnów ujemnych nie jest przy tym brana pod uwagę. Wytworzony w ten sposób ładunek przestrzenny jest źródłem natężenia pola E'', które nakłada się na pole pierwotne E', i odkształca znacznie towarzyszące powstaniu ładunku przestrzennego procesy rekombina-cyjne i odwzbudzające. Są źródłem energii nie tylko do zintensyfikowania jonizacji w samej lawinie ale również do zapoczątkowania fotojonizacji w jej otoczeniu. Pojawienie się fotojonizacji daje początek wyładowaniu samoistnemu. W okolicy lawiny pierwotnej powstają lawiny wtórne. Przy dostatecznie silnym polu wytworzonym przez ładunek przestrzenny (E'' ≥E') lawiny wtórne są wciągane w obszar lawiny pierwotnej. Zwiększa się w niej liczba ładunków a zderzenia sprężyste powodują wzrost temp. Powstają warunki sprzyjające przekształceniu się lawiny pierwotnej w kanał plazmowy- strimer.

14.Warunek powstania mechanizmu kanałowego

-średnia wartość pa 10³-10⁶ hPacm

-muszą istnieć lawiny strimerowe (mechanizm Townsenda)

-lawiny strimerowe muszą być tak ułożone aby wzmacniały pole przed czołem lawiny(możliwość wybijania nowych elektronów)

-ciągle musi się zwiększać prędkość czoła

-w kanale występuje także jonizacja cieplna.

15. Omówić mechanizm próżniowy przeskoku

Mechanizm próżniowy dotyczy przeskoku w którym odległość między cząsteczkowa gazu otaczającego elektrody jest większa niż odstęp międzyelektrodowy i niemożliwy staje się rozwój lawiny elektronowej. Warunkiem rozwoju wyładowania w takim przypadku jest występowanie w przestrzeni przy elektrodowej zjonizowanych par cząstek. W ich tworzeniu mogą mieć udział następujące zjawiska:

-emisja polowa (termopolowa) elektronów

-makrocząsteczkowe bombardowanie elektrod

-międzyelektrodowa wymiana cząstek

Emisja polowa jest możliwa dzięki zróżnicowanej mikrostrukturze powierzchni katody. Na mikroostrzach tej powierzchni które niezależnie od jej gładkości zawsze występują, natężenie pola może z łatwością wzrosnąć lokalnie do wartości 10⁴-10⁵ kVcm^-1.Wartości takie wystarczają do wywołania z mikroostrza prądu emisji o gęstości przy której następuje parowanie metanu. Emitowane elektrony są przyspieszane w bardzo silnym polu i z dużą energią uderzają w anodę, powodując jej rozgrzanie i lokalne odparowanie. Do wystąpienia wyładowania może doprowadzić albo parowanie anody albo parowanie mikroostrza katody. Zjawisko makrocząsteczkowego bombardowania elektrody prowadzi do jej rozgrzania przez oderwanie bryłki metalu gęstość energii jaka musi być dostarczona przez bryłkę do powierzchni elektrody, aby wywołać wyładowanie, zależy od odstępu międzyelektrodowego a, od napięcia wywołującego przeskok Up. W analizie zjawiska międzyelektrodowej wymiany cząsteczek zakłada się hipotetycznie że zjawiający się w przestrzeni międzyelektrodowej elektron doznaje silnego przyspieszenia w polu elektrycznym uderzając w anode uwalnia z niej jon dodatni i foton. Te z kolei po dotarciu do katody powodują emisje wtórną.

16. Co to jest ulot

W układzie ostrze płyta w polu bardzo niejednorodnym napięcie początkowe Uo jest mniejsze od Up a to z kolei jest mniejsze od napięcia przeskoku w układzie o polu jednorodnym i takim samym odstępie międzyelektrodowym a. .Różnica między Uo i Up zwiększa się ze wzrostem a i ze zmniejszeniem promieniowania krzywizny elektrody ostrzowej .Jeżeli doprowadzone do układu napięcie U utrzymuje się w granicach Uo<U<Up

to w przestrzeni między elektrodowej występuje przejściowe lub ustalone wyładowanie niezupełne któremu towarzyszą efekty świetlne i akustyczne. Wyładowanie to ogranicza się do najbardziej naprężonego obszaru i jest nazywane wyładowaniem ulotowym lub kornerowym. Jego rozwój zależy od biegunowości elektrody ulotowej i od przebiegu napięcia w czasie.

17. Jak wpływa biegunowość ostrza na ulot

Różnica wartości początkowego napięcia ulotu , napięcia przeskoku wynikają z oddziaływania ładunku przestrzennego. W przypadku dodatniej biegunowości następuje osłabienie pola od strony ostrza i wzmocnienie w pozostałej części układu ,co powoduje wzrost napięcia początkowego i obniżenie napięcia przeskoku . Przy biegunowości ujemnej sytuacja jest odwrotna , z tym że występują wtedy również jony ujemne powodujące osłabienie pola w części środkowej układu i wzmocnienie przy płycie Decydujące jest osłabienie pola .W rezultacie napięcie przeskoku Up^- przy ostrzu ujemnym znacznie przewyższa napięcie przeskoku Up⁺ przy ostrzu dodatnim.

18. Od czego zależy napięcie początkowe ulotu

Napięcie początkowe ulotu Uo jest równe najdokładniej dla układów z elektrodami walcowymi i kulowymi .

Do układów tych istnieją też proste wzory elektrostatyczne na maksymalne natężenie pola elektrycznego .Uzyskując z pomiaru Uo można obliczyć natężenie pola elektrycznego Ko .Niżej bowiem napięcia Uo nie ma wyładowań samodzielnych i można przyjmować że nie ma odkształcenia elektrostatycznego przez ładunki przestrzenne. Wartości Ko są określane bądź jako wartości maksymalne (amplitudy), bądz jako wartości skuteczne w przebiegach sinusoidalnych. Dla układu gładkich walców współosiowych o promieniach R,r można użyć wzór na napięcie początkowe korzystając z zależności elektrostatycznej pomiędzy Uo i Ko

Uo=K_or ln(R/r)=

Zależność Uo(r) przy stałym promieniu zewnętrznego walca R.

Zwiększenie r od bardzo małych wartości daje wzrost Uo najpierw silniejszy a póżniej słabszy .Początkowo różnica pomiędzy Uo i Up jest bardzo wielka. Powyżej

r ≈R/40 Różnica ta staje się mała i zanika wreszcie powyżej r=R/4.

Dalej już nie ma ulotu , napięcie Uo =Up ,przechodzi przez maksimum przy około r=R/3 . Obniża się do zera przy r=R .(zwarcie elektrod)

δ=(0,385b)/(273+t) dla t(°C) oraz b(mmHg) gęstość względna powietrza

19. Opisać zjawiska początkowe ulotu.

Rozwój wyładowania ulotowego zależy od bieguno-wości elektrody ulotowej i od przebiegu napięcia w czasie.

Charakter wyładowania jest strimerowy. W przypadku „+” biegunowości elektrody ostrzowej przy impulsowym przebiegu napięcia. Wokół zapoczątko-wanego kanału zwiększa się liczba lawin, kanał się rozgałęzia i w miarę wzrostu napięcia zwiększa się liczba rozgałęzień. Jeżeli napięcie wzrasta powoli to pojawia się nieznacznie rozgałęziony stimer. Przy ustalonym napięciu zanika i rozwija się ponownie z różną częstotliwością. Wyładowanie ma więc charakter ulotu impulsowego, któremu towarzyszą świecenie oraz prąd proporcjonalny do długości stimerów. Przy dalszym wzroście napięcia częstość stimerów zwiększa się aż do wystąpienia w pobliżu anody ulotu ciągłego, który jest uwarunkowany obecnością jonów ujemnych. Jego zasięg zależy od wartości napięcia. W przypadku elektrody „-„ przy narastającym szybko napięciu impulsowym wyładowanie rozwija się aż do przeskoku. Skutek nieuniknionego postępowania i gromadzenia się jonów „-„ przy czole rozwijającej się lawiny następuje osłabienie pola elektrycznego i wyładowanie zostaje przyhamowane

20. Od czego zależą straty ulotu.

Zjawisko ulotu wiąże się ze stratami energii elektrycznej, na ruch rozładowanych cząstek oraz promieniowanie. W praktyce moc strat jednostkowych KW/km/fazę oblicza się ze wzoru empirycznego. Stosowany jest wzór Peeka.

δ - gęstość względna powietrza

f - częstotliwość napięcia

r - promień

a - odstęp

Minimalne napięcie przy którym powstaje ulot

Wzorem tym można posługiwać się przy symetrycznym rozmieszczeniu przewodu w linii. Gęstość ładunków, a więc natężenie pola przy różnych przewodach są bowiem nie jednakowe, niejednakowa jest więc także intensywność ulotu na nich.

21. Praktyczne znaczenie ulotu.

Jeżeli doprowadzone do ukł nap U utrzymuje się w granicach U_o<U<U_p, to w przestrzeni między elektrodowej występuje przejściowe lub ustalone wyładowanie niezupełne, któremu towarzyszą efekty świetlne i akustyczne. Wyładowanie to ogranicza się do najbardziej naprężonego obszaru i jest nazywane wyładowaniem ulotowym lub koronowym. Charakter tego wyładowania jest strimerowy. Zjawisko to może być użyteczne, np w zastosowaniu do odpylania gazu, lakierowania powierzchni, czy kserografii, ale w ukł izolacyjnych jest ono zwykle szkodliwe, gdyż powoduje straty energii, osłabienie izolacji i zakłócenia elektromagnetyczne.

22. Wpływ rozkładu pola na wytrzymałość statyczną gazu

Wytrzymałość statyczną określa się gdy okres zmian napięcia jest kilka rzędów wielkości dłuższy niż czas rozwoju wyładowania .Określa się ją przy napięciu stałym i przemiennym.

23.Wpływ biegunowości elektrod na wytrzymałość statyczną gazu

W polu niejednostajnym ,niesymetrycznym układ ostrze płyta ,warunki rozwoju wyładowania zależą od biegunowości elektrod. Dla ostrza ujemnego napięcie ulotu Uo jest niższe niż dla dodatniego ,natomiast napięcie przeskoku Up jest wyższe przy ujemnym ostrzu . W przypadku ujemnego znaku na ostrzu szczególnie łatwe jest wyzwolenie elektronów dla zapoczątkowania kolejnych lawin , poprzez (bombar-dowanie katody jonami dodatnimi , emisja fotoelektryczna z katody , emisja polowa z katody).Przy ostrzu dodatnim wytwarzanie wolnych elektronów jest nie możliwe przez wyzwalanie z elektrody ,lecz wyłącznie przez jonizację cząsteczek gazu .

24.Wpływ symetrii zasilania i rozmiarów elektrod na wytrzymałość statyczną gazu

Wpływ symetrii napięciowej jest bardziej znaczący w polu elektrycznym silnie niejednostajnym np. Elektrody typu ostrzowego .

25.Od czego zależy wytrzymałość udarowa powietrza

Udar napięciowy jest impulsem jednej biegunowości . Część wznosząca ,krótsza jest nazywana czołem udaru, opadająca ,dłuższa -grzbietem udaru .Dla celów probierczych stos. są znormalizowane kształty udarów o różnych stos. czasu czoła do czasu do półszczytu np.(1,2/50 ;250/2,5 ;100/2,5 ;500/2,5 )

Wytrzymałość udarowa powietrza jest badana udarami o różnym kształcie gdyż zależy ona od kształtu udaru , a także od rozkładu pola .układ o polu jednorodnym może być mniej wytrzymały -przy większych stromościach narastania napięcia -niż układ o polu niejednorodnym.

Przy mniejszych stromościach odwrotnie. Najmniejszą wytrzymałość udarową wykazuje układ ostrze - płyta uziemiona .

26. Scharakteryzować typowe kształty napięć udarowych i uzasadnić ich stosowanie

Udar napięciowy jest impulsem jednej biegunowości .Część wznosząca, krótsza jest nazywana czołem udaru, a opadająca, dłuższa -grzbietem udaru .Udar charakteryzowany jest parametrami:

-wartość szczytowa Um[kV]

-czas trwania czoła T₁[μs.]

-czas do półszczytu na grzbiecie T₂[μs.]

-kształt udaru T₁/T₂

Rozróżnia się udary :piorunowe-krótkie i łączeniowe -długie .

Do celów probierczych są stosowane znormalizowane kształty udarów:

-udar piorunowy T₁/T₂ =1,2/50

-udar łączeniowy T₁/T₂ =250/2500

-udary specjalne 100/2500; 500/2500; T₁∈(100;1000) μs.

Powstające pod wpływem udaru przeskoki powodują jego ucięcie .Udary ucięte mogą powodować w izolacji wzrost naprężeń do wartości większych niż przy udarach pełnych .Dla tego w praktyce probierczej (np. Próby izolacji trafo)są stosowane udary ucięte (na grzbiecie lub na czole)zwane udarami ukośnymi .Izolacja urządzeń elektroenergetycznych jest narażona w eksploatacji na działanie przepięć powstających w wyniku wyładowań atmosferycznych oraz czynności łączeniowych bądź sta-nów awaryjnych w sieci przesyłowej.

Przepięcia te mają charakter udarowy .Do badań laboratoryjnych więc stosuje się znormalizowane kształty udarów które odpowiadają różnym sytuacjom w linii.

27. Jak definiuje się charakterystykę wytrzymałości

udarowej.

Charakterystyka udarowa jest zależnością napięcia przeskoku U_p do czasu przeskoku t_p

Wyniku naprężenia układu udarami tego samego kształtu lecz o różnej amplitudzie (wystarczającej do wywołania przeskoku) otrzymuje się punkty (U_p:t_p) wyznaczające charakterystykę udarową. Jeżeli przy każdej wartości szczytowej U_m zostanie wykonane wiele pomiarów, to uzyska się nie jedną charakterystykę, lecz pas zawarty między krzywymi granicznymi- pas dysper-syjny.

Krzywe graniczne odpowiadają zbliżonym do 0% i 100% wartościom prawdopodobieństwa przeskoku

28. Co to jest współczynnik udarowy i od czego

zależy.

Stosunek wytrzymałości udarowej U_p50(50%) dowolnego układu izolacyjnego do jego wytrzymałości statycznej U_ps jest nazywany współczynnikiem udaru

Przy udarach o czasie czoła krótszym niż czas krytyczny (przy którym wytrzymałość układu jest najmniejsza), współczynnik ten jest mniejszy od jedności i to tym bardziej im bardziej niejednorodne jest pole. Przy T₁≈T_1kr współczynnik k_ud<1, a przy T₁ znacznie dłuższym k_ud=1

T_1kr=40a+50 [μs] zależność empiryczna

czas krytyczny

29. Jaki jest wpływ czasu i częstotliwości na wytrzymałość elektryczną gazu.

1. Wpływ czasu -wytrzymałość udarowa powietrza jest wyższa od wytrzymałości statycznej wskutek opóźnienia przeskoku.

Napięcie 50% zależy od czasu do półszczytu T_p. Przy większych T_p wyładowanie trwa dłużej dlatego jest możliwe przy niższym napięciu. Przy niejednostajnym polu np. W iskiernikach ostrzowych i sworzniowych przy zmniejszaniu parametrów czasowych współczynnik udaru rośnie.

W polu jednostajnym przy Ω>1 cm współczynnik udaru jest bliski jedności. Przy udarach o stromym czole, przy którym przeskok i ucięcie udaru występuje w czasie trwania czoła mamy do czynienia z małymi opóźnieniami przeskoku.

Czas czoła przepięcia łączeniowego wpływa na napięcie przeskoków . Minimum tego napięcia przy czsie czoła ok. 30 - 200μs.

Jeżeli odstęp między elektrodami jest dostatecznie duży to jest taki czas T₁ (rzędu μs.) - zwany czasem krytycz-nym T_1kr przy którym wytrzymałość układu jest najmniejsza (tzw. Wytrzymałość krytyczna).

Czas krytyczny wzrasta mniej więcej liniowo ze zwiększeniem odstępu międzyelektrodowego a.

2. Częstotliwość - przy bardzo dużej częstot. Wysokie wierzchołki napięcia powtarzają się szybko po sobie. Wyzwolone elektrony w jednym wierzchołku mogą nie uciec z pola przed przyjściem drugiego wierzchołka. Tworzą więc ładunki przestrzenne odkształcające pole. Wzrastają wyładowania niezupełne i stają się zupełne, obniżając napięcie.

Niejednostajność pola elektr przy wielkich f znacznie obniża wytrzymałość w polu jednostajnym wpływ f jest mały np. Dla iskiernika kulowego: napięcie przeskoku do pewnej wartości f jest stałe potem spada a potem wzrasta (w obszarze minimum elektrony zdążą uciec z pola a przy dużej f nie zdążą uciec i kompensują działa-nie jonów dodatnich.

30. Wpływ warunków atmosferycznych na wytrzymałość elektr powietrza

Wytrzymałość elektr powietrza zależy od jego gęstości, a gęstość zależy od temperatury i ciśnienia. Wpływ gęstości powietrza jest podobny w warunkach staty-cznych i przy udarach.

Wytrzymałość powietrza zależy od wilgotności szczególnie ma wpływ na napięcie przeskoku w układach o silnej nie jednostajności pola elektr. Wilgoć w postaci pary wodnej zwiększa wytrzymałość elektr powietrza, kropelki pary wychwytują elektrony i hamują wyładowania.

W warunkach udarowych wpływ wilgotności jest mniejszy.

Przy napięciach stałych wpływ wilgotności powietrza jest nieregulowany zmienia się z biegiem czasu. Zmniejszenie wytrzymałości występuje regularnie na większych wysokościach n.p.m gdy mniejszemu ciśnieniu towarzyszy mniejsza gęstość powietrza.

31. Wpływ ciśnienia i rozmiarów elektrod na wytrzymałość gazów sprężonych

Przy wysokich i bardzo niskich ciśnieniach gazu utrudniony jest rozwój wyładowania więc wzrosną wytrzymałości gazów. Najczęściej wykorzystywanymi gazami są :SF₆;N₂ ; H₂ ; N₂+SF₆ ;oraz powietrze .SF6 posiada 3-krotnie większą wytrzymałość niż powietrze . Już przy ciśnieniu atmosfer. naprężenie krytyczne gazu zwiększa się ze wzrostem ciśnienia . W stałej temperaturze i w dość szerokim zakresie zmian (do 2*10⁴hPa) przyrost wytrzymałości jest w przybliżeniu proporcjonalny .Ze względu na ujemne skutki wyła-dowań niezupełnych wymaga się aby pole w układzie izolacyjnym było zbliżone do jednorodnego . Zwiększenie wytrzymałości przy wzroście ciśnienia nie jest jednakowe we wszystkich warunkach geometrycznych .Charakterystyki wytrzymałość-ciśnienie zależą od rozkładu pola elektrycznego , od drogi przeskoku , od parametrów czasowych napięcia .

32.Wytrzymałość elektryczna próżni i gazów sprężonych

Przy bardzo niskich ibardzo wysokich ciśnianiach rozwój wyładowania w gazach jest utrudniony . Próżnia w której gaz resztkowy nie wpływa na napięcie przeskoku wymaga ograniczenia ciśnienia gazu do wartości

10^-2-10^-3hPa .Poziom wytrzymałości jest związany ściśle ze specyfiką mechanizmu wyładowania i zależy od materiału geometrii i stanu powierzchni elektrod .W próżni zjawiska zachodzące na elektrodach mają wyraźnie statyczny charakter a ponadto:

-układ ostrzowy przy biegunowości dodatniej ostrza może być bardziej wytrzymały niż układ płaski.

-na napięcie przeskoku może istotnie wpływać zmiana materiału elektrody

-ze wzrostem czasu oddziaływania napięcia wytrzymałość maleje, ale przy napięciu stałym jej wartość może być porównywalna z wartością przy udarach krótkich .Przy wysokich ciśnieniach -także otrzymuje się wysoką wytrzymałość elektryczną gazów .Dla powietrza wytrzymałość elektryczna rośnie wraz z ciśnieniem lecz mniej niż proporcjonalnie. Największą wytrzymałość w układach ciśnieniowych uzyskuje się przy jednorodnym rozkładzie pola.

33. właściwości elektr gazów elektroujemnych

Gazy elektroujemne mają zdolność przechwytywania swobodnych elektronów przez co zmniejsza się koncentracja elektronów w gazie i zwiększa się wytrzymałość gazu.

η - współczynnik przyłączania (liczba przechwycenia elekt na drodze 1 cm)

α - ilość wyp elektronów na drodze 1 cm

A - energia występująca gdy gaz elektroujemny

przyłącza 1 elektron 0,05 do 1 eV

Charakterystyki wytrzymałościowo -ciśnieniowe gazów elektroujemnych charakteryzują się tak zwanym siodłem „tzn przy wzroście ciśnienia najpierw następuje wzrost wytrzymałości do pewnego max następuje obniżenie a dalej ponowny wzrost.

Gazy elektroujemne mogą być bardziej wytrzymałe niż azot i powietrze.

FREON- ma wytrzymałość elektr w polu

jednostajnym ok. 2,5 raza większa. Sprężony freon jest wysoko wartościowym materiałem izolacyjnym. Jednak jego sprężenie nie może przekraczać kilku atmosfer ze względu na jego skraplanie. Jego wadą jest rozklad pod wpływem wyładowań z wydzieleniem oparów trujących. Jest mało (stosunkowo) wytrzymały w warunkach udarowych.

SF₆ - także 2,5 razy bardziej wytrzymały od powietrza w polu jednostajnym. Nie wydziela trujących substancji ma wyższe ciśnienie pary nasyconej niż freon i podobnie jak on ma mały współ udarowy.

Domieszkowanie gazów elektroujemnych do azotu daje bardzo dobre efekty.

34. Jakie są mechanizmy przebicia cieczy izolacyjnych.

1. Elektryczny - występuje w olejach starannie oczyszczonych i odgazowanych. Mechanizm elekt charakteryzuje się bardzo dużą wytrzymałością silnym polu elekt występuje mechanizm jonizacyjny w samej cieczy. Duże znaczenie ma emisja elektronów z katody

2. Jonizacyjny - występuje w olejach słabo od gazowanych (występuje w pęcherzykach gazowych). Zjonizowany pęcherzyk gazu ma właściwości zbliżone do ostrza wzmacnia pole elekt. Dalszy rozwój kanału wyładowania może odbywać się przez wydłużenie pęcherzyka (silne pole rozkład lub jonizacja oleju)

3. Mostkowy - występuje w oleju zawierającym wilgoć i zanieczyszczenia stałe. Włókna zanieczyszczeń ustawiają się w linii największych natężeń pola. Przy dostatecznie długim czasie pomiaru napięcia powstaje mostek zanieczyszczeń obniżający wytrzymałość ukł. Tworzenie się mostka zależy od pola. W polu nie jednostajnym występują ruchy wirowe oleju, które utrudniają tworzenie się długich mostków łączących obie elektrody. Utworzenie mostka zanieczyszczeń wymaga długiego czasu, więc wytrzymałość elekt oleju cechuje silna zależność od czasu działania napięcia.

35. Omówić wpływ ciśnienia, temperatury, wilgotności na wytrzymałość cieczy.

Nieznaczne przekroczenie stanu nasycenia przy nie-wielkim wzroście wilgotności ok.1% powoduje gwał-towny spadek wytrzymałości, dalszy wzrost wilgoci nie ma już praktycznego znaczenia. Oddziaływanie wilgoci zależy od temperatury. W niskich temp. (<273K) wilgoć jest w stanie stałym, nie zmniejsza lepkości cieczy co wpływa hamująco na ruch cząste-czek i powoduje wzrost wytrzymałości. Ze wzrostem temp. Od 273K do ok.340K następuje wzrost wytrzy-małości, która w temp. 373K ponownie maleje w związku z przemianą wilgoci w nie rozpuszczony gaz. Wzrost ciśnienia cieczy ogranicza rolę fazy gazowej i istotnie wpływa na wzrost wytrzymałości.

36. Porównanie wytrzymałości statycznej i udarowej cieczy.

Zanieczyszczenie wraz z zawilgoceniem znacznie obniżają wytrzymałość oleju, zmienną w warunkach statycznych. Włókna zanieczyszczeń mają sklonność do ustawiania się w linii największych natężeń pola tj na drodze przebicia. Tworzenie się mostka zanieczyszczeń zależy od pola. W polu nie jednostajnym występują ruchy wirowe oleju, które utrudniają tworzenie się długich mostków łączących obie elektrody. Utworzenie mostka zanieczyszczeń wymaga długiego czasu, więc wytrzymałość elekt oleju cechuje silna zależność od czasu działania napięcia.

Wytrzymałość udarowa w obszarze 10...1000 μs jest prawie stała a współcz udar jest duży.

Współczynnik udarowy jest większy dla oleju bardziej zanieczyszczonego i zawilgoconego. Mocne zanieczysz-czenia nie mają bowiem tak wielkiego znaczenia w warunkach udarowych. Powyżej 10 μs zmniejszenie czasu daje dalsze podwyższanie nap przebicia. Silny wpływ czasu na f nap przebicia powoduje że wytrzymałość oleju przy nap przemiennym zależy od kształtu nap przy czym przy nap odkształconym nie decyduje ani wartość max ani skuteczna.

37.Wpływ czasu i częstotliwości na wytrzymałość cieczy

1.Czas: Wytrzymałość oleju na przebicie zależy od czasu trwania napięcia i prędkości podnoszenia napięcia

Mostek zanieczyszczeń, który obniża znacznie wytrzymałość potrzebuje czasu na powstanie. Dla tego gdy czas wzrasta wytrzymałość maleje, gdy zanieczyszczenia ustawiają się w linii największych natężeń pola tworząc drogę o małej wytrzymałości. Napięcie przebicia wzrasta dla krótszych czasów. Przy bardzo krótkich czasach następuje dalsze podwyższenie napięcia przebicia ponieważ w cieczy występuje mechanizm jonizacyjny .

38. Wpływ rozkładu pola i rozmiaru elektrod na wytrzymałość cieczy.

Wpływ niejednostajności pola i dostępu między elektrodowego na przebicie oleju mineralnego jest podobny jak w powietrzu. Niejednostajność pola obniża nap przebicia i zwiększenia drogi a zmniejsza średnie naprężenie przebicia.

W polu elektrycznym niejednostajnym i niesymetrycznym występuje wpływ biegunowości.

39.Praktyczne zasady stosowania układów izolacyjnych z cieczami dielektrycznymi

1.Oleje mineralne -transformatorowe , wyłącznikowe , kablowe ,kondensatorowe , stosowane do impregnacji izolacji stałej oraz jako środek ułatwiający chłodzenie urządzeń i gaszenie łuku

(są palne , starzeją się)

2. Dielektryki (ciecze )syntetyczne

-oleje silikonowe . Niepalne w izolacjach kondensatorowych . Duża odporność termiczna .Stosowanie tam gdzie urządzenie pracuje w wysokiej temperaturze

3.Oleje roślinne-rycynowy duża stosunkowo przenikalności elektryczne i wytrzymałości elektryczne przy napięciu udarowym i dla tego stosowane w urządzeniach impulsowych .

4.gazy izolacyjne w stanie ciekłym -azot ,sześciofluoreksiarki ,wytrzymałość silnie zależy od ciśnienia .Wytrzymałość płynnego azotu zależy od promienia krzywizny elektrod i odstępu między elektrodowego

5.woda- duża przenikalność elektryczna w kondensa-torach impulsowych . przy U stałym ma małą wytrzy-małość , przy U udarowym ma dużą wytrzymałość i wzrasta przy zmniejszaniu czasu zadziaływania naprężenia i zwiększaniu odstępu międzyelektro-dowego.

40.Żywotność izolacji ciekłej

Podczas eksploatacji właściwości oleju ulegają pogorszeniu jest to starzenie. Szybkość starzenia oleju zależy od: dostępu tlenu, zawilgocenia, temperatury, natężenia pola elektrycznego, obecności katalizatorów starzenia (ołowiu, miedzi, żelaza) dobry olej musi charakteryzować się odpowiednią: barwą, przezroczys-tością, zawartością wody ,napięciem przebicia, odpo-wiednią rezystywnością, współczynnikiem gęstości strat dielektrycznych, lepkością, nie powinno zawierać ciał obcych.

Patrz pkt 34, 35, 37

41. Scharakteryzować mechanizmy przebicia dielektryków stałych

Wytrzymałość materiałów izolacyjnych jest ograniczona przez zjawisko przepięcia elektryczn. Przebicie jest wyładowaniem zupełnym powodującym trwałe zniszczenie materiału stałego . Powstaje kanał przebicia którego wytrzymałość elektryczna nie regeneruje się . W materiałach organicznych powstaje kanał zwęglony o dość znacznej konduktywności (przewodności) . Niekiedy izolacja pęka , zostaje rozbita , spala się . Są różne mechanizmy przebicia:

mechanizm elektryczny

decydującą wielkością jest natężenie pola elektrycznego. W polu elektrycznym jednostajnym napięcie przebicia okazuje się często prawie proporcjonalne do grubości dielektryka w szerokim obszerze grubości , czyli naprężenie przebicia jest stałe .Takie charakterystyki otrzymuje się często w warunkach udarowych . W polu elektrycznym niejednorodnym średnie naprężenie przebicia na ogół maleje przy zwiększaniu odstępu . W układzie ostrze - płyta występuje wpływ biegunowości -napięcie przebicia jest niższe .

mechanizm cieplny

Występuje jeżeli napięcie działa na dielektryk stały przez czas dłuższy np. Rzędu godziny .W skutek strat dielektrycznych następuje nagrzanie materiału izolacyjnego przy czym straty te rosną wraz z temperaturą .Przy odpowiednio wysokim napięciu temperatura dielektryka nie ustala się z biegiem czasu , lecz wzrasta nieograniczenie . Nie znaczy to , że zniszczenie dielektryka musi mieć charakter wyłącznie cieplny jako stopienie , wyparowanie , zwęglenie lub spalenie materiału .Ostatecznie bowiem może nastąpić zapalenie wyładowania elektrycznego w wąskim kanale

mechanizm starzenia

dielektryków stałych rozwija się normalnie w czasie długim rzędu wielu lat .W niektórych warunkach jednak może doprowadzić do przebicia w czasie znacznie krótszym np. Niewielu godzin .Sprawy starzenia są natury chemicznej . Często polegają one na utlenianiu , niekiedy na polimeryzacji czy polikondensacji lub na depolimeryzacji .na procesy te są narażone głównie materiały organiczne . Starzenie następuje przeważnie pod wpływem dwóch przyczyn : wysokiej temperatury i wyładowań niezupełnych.

42.Wyładowanie niezupełne w izolacji stałej.

Wyładowanie niezupełne związane są z niejednorodną budową materiału, w którym istnieją niejednorodności w postaci szczelin pęcherzyków gazowych lub wtrą-cin ciał obcych. Schemat układu z wtrąciną

C_b-poj.szczeliny w pęcherzyku gazowym

W każdym wyładowaniu jest uwolniona pewna energia W₁=0.5C_bU_z²

U_z-napięcie zapłonu

η=U(t)/U_z(t)

energia ta powoduje destrukcję materiału, powstają wypalone kanaliki, które następnie rozdzielają się, aż doprowadzą do przebicia. Wyładowania niezupełne mają wpływ na mechanizm starzeniowy(długotrwały). Wyładowania niezupełne poprzedzają wyładowania zupełne.

43.Na czym polega degradacja izolacji stałej?

Wytrzymałość materiałów izolacyjnych stałych jest ograniczona przez zjawisko przebicia elektrycznego. Przebicie jest wyładowaniem zupełnym powodującym trwałe zniszczenie materiału stałego. Powstaje kanał przebicia, którego wytrzymałość elektryczna nie rege-neruje się. W materiałach organicznych powstaje kanał zwęglony o dość znacznej przewodności. Niekiedy izolacja pęka i zostaje rozbita, spala się. Są różne me-chanizmy przebicia:

-elektryczny

-cieplny

-starzeniowy

Mechanizm starzenia dielektryków stałych rozwija się w długim czasie, rzędu wielu lat. W niekorzystnych warunkach może jednak doprowadzić do przebicia w czasie znacznie krótszym. Procesy starzenia są proce-sami chemicznymi. Często polegają one na utlenianiu, niekiedy na polimeryzacji, czy polikondensacji. Starzenie następuje przeważnie pod wpływem dwóch przyczyn: wysokiej temperatury , wyładowań niezupeł.

44.Omówić krzywą życia układu izolacyjnego z izolacją stałą.

Czas życia izolacji t_ż=C⋅E^-n

n, C-stałe charakterystyczne dla materiału

Krzywą tę można wyznaczyć przy załozeniu , że warunki, procesy są przez cały czas takie same.

Krzywa ta pozwala określić natężenie przy t_ż

45.Scharakteryzować wytrzymałość układów izolacyjnych złożonych.

Dielektryki gazowe, stałe i ciekłe występują w kon-strukcjach elektrycznych najczęściej nie pojedynczo lecz w układach obejmujących dwa lub więcej różnych materiałów. Są to układy uwarstwiane. Uwarstwianie układu jest istotną rzeczą dla wytrzymałości elektry-cznej powierzchniowej. Układy złożone (izolacyjne) dzielimy na:

a)układy uwarstwione o szeregowej współpracy dielektryków -są to takie układy z których dwa (lub więcej )materiały pracują tak , że powierzchnie graniczne są prostopadłe do linii pola elektrycznego.

b)układy uwarstwione o równoległej współpracy dielektryków-są to takie układy w których dwa (lub więcej ) materiały pracują tak , że powierzchnie graniczne są równoległe do linii pola elektrycznego.

46.Wytrzymałość statyczna i elektryczna układów uwarstwionych równolegle.

W układzie równoległym o wytrzymałości decyduje słabszy dielektryk. Materiały dobieramy w ten sposób aby ich wytrzymałość była podobna. W praktyce o wytrzymałości układu uwarstwionego równoległego decyduje wytrzymałość graniczna (na granicy obu dielektryków ) W układach równoległych występują często wyładowania ślizgowe.

47.Wytrzymałość statyczna i udarowa układów uwarstwionych szeregowa.

Przykładem układu szeregowego (wiele elektrodowego) są iskierniki wieloprzerwowe oraz łańcuchy izola-torów kołpakowych. O wytrzymałości takich układów decyduje rozkład napięcia między poszczególne ogni-wa. Przy rozkładzie równomiernym są one naprężone identycznie i napięcie przeskoku U całego układu jest wielokrotnością przeskoku pojedynczego ogniwa U_p1.Przy rozkładzie nierównomiernym o przeskoku decyduje ogniwo najbardziej naprężone . O rozkładzie napięcia między poszczególnymi ogniwami decyduje pojemność szeregowych C₃ i pojemności sprzęgają-cych poszczególne ogniwa z urządzeniami zewnętrz-nymi od strony zasilania C_p i od strony uziemienia C₂.

Na pojemnościowym schemacie zastępczym , rozkład napięcia jest równomierny gdy Cp=C₂=0 ,przy C₂>Cp=0 rozkład jest bardzo nierównomierny. Popra-wę można uzyskać przez stopniowanie pojemności C₃, która w miarę oddalania się od końca uziemionego po-winna narastać.

48.Od czego zależy wytrzymałość elektryczna powierzchniowa.

Wytrzymałość na powierzchni zależy od zanieczysz-czeń na powierzchni, tworzą one wraz z wilgocią (mgła rosa) warstwe przewodzącą. Pod wpływem doprowadzonego napięcia płyną w niej prądy (10^-3-10 ^-1) które ogrzewają ją i w miejscach zwię-kszonej gęstości prądów ,ze względu na mniejsze grubości i szerokości warstwy-wysuszają ją . W miejscach osuszonych wzrastają naprężenia i powstają władowania niezupełne łukowe.

Wytrzymałość powierzchniową można zwiększyć przez:

- wzrost liczby i odpowiednie ukształtowanie kloszy (użebrowanie )

- wydłużenie izolatora

- powłoki hydrofobowe i półprzewodzące umożliwiające stabilizację rozkładu pola

- nachylenie kloszy ,całych izolatorów ,ułatwiające usuwanie zanieczyszczeń przez deszcz

- okresowe czyszczenie izolatorów

Zasadnicze znaczenie dla rozwoju wyładowania ma czas oddziaływania napięcia ,jeśli nie osiąga on

10^-1sek. to mechanizm zabrudzeniowy jest mało praw-dopodobny i wytrzymałość izolatorów równa jest wytrzymałości udarowej w stanie czystym .

49.Omówić mechanizm wyładowań ślizgowych.

Wystąpienie wyładowań ślizgowych stanowi kontyn-uacje rozwoju wyładowań podtrzymywanych (te wy-ładowania powstają w ukośnym układzie dielektryków pod wpływem ładunku przestrzennego, przy zaciskach zmieniającego się okresowo napięcia zewnętrznego), gdy rezystancja powierzchniowa R_c jest nieskończenie wielka i układ o polu ukośnym w stosunku do powierz-chni granicznej dielektryków może być zastąpiony układem pojemności C₃ i C₂. Warunkiem przekształ-cenia się wyładowań podtrzymywanych w wyładowa-nia ślizgowe o charakterze strumieniowo-kanałowym jest wzrost napięcia i prądu do wartości umożliwiają-cych wystąpienie jonizacji cieplnej. Wartość krytyczna napięcia zwana napięciem początkowym iskier ślizgo-wych: U_osc=1,92C^-0,44⋅10^-4 .Wyładowanie ślizgowe może znacznie obniżyć wytrzymałość układu izola-cyjnego. Muszą więc być stosowane środki przeciw-działające ich powstawaniu, a więc przyczyniające się do wzrostu U_osc . Należą do nich:

a) ograniczenie pojemności C przez zmianę wymiarów geometrycznych układu

b) stosowanie sterowania oporowego (powierzchni półprzewodzących) ograniczającego składowe styczne natężenia pola w kierunku rozwoju wyładowania, oraz barier na jego drodze w postaci kloszy, kołnierzy, żeber itp.

c) stosowanie ekranów sterujących polem w przepustowych układach izolacyjnych.

Dielektryk stały wzdłuż którego rozwijające się wyładowanie ślizgowe, może występować zarówno w gazie, jak i w cieczy (jest bardzo wytrzymały).

50. Podział izolatorów ze względu na ich funkcję, konstrukcję i warunki pracy.

Ze względu na funkcję:

- liniowe: wiszące (polowe i kołpakowe)

stojące (polowe i deltowe)

- stacyjne: aparatowe (wsporcze, przepustowe, osłony izolacyjne

Ze względu na konstrukcję:

- przebijalne (w których droga przebicia przez stały materiał izolacyjny jest mniejsza od połowy drogi przeskoku w powietrzu)

- nieprzebijalne

Ze względu na warunki pracy:

- napowietrzne

- wnętrzowe

51.Wpływ rozkładu napięcia na izolatorach liniowych na ich wytrzymałość.

Przy silnie nierównomiernym rozkładzie napięcia poja-wiają się wyładowania niezupełne na przeciążonych częściach izolatorów. Nierównomierny rozkład napię-cia na łańcuchu izolatorów powoduje że wytrzymałość elektryczna łańcucha nie jest sumą wytrzymałości wszystkich ogniw lecz jest od tej sumy mniejsza. Nie-równomierny rozkład napięcia powoduje obniżanie udarowego napięcia przeskoku łańcucha, natomiast nie ma większego wpływu na napięcie przeskoku przy 50 Hz.

Pojemności międzyokuciowe Cs poszczególnych ogniw tworzą układ szeregowy, który bez innych po-jemności miałby jednostajny podział napięcia .W rze-czywistości występują jednak znaczne pojemności Cz między okuciami ogniw a uziemioną konstrukcją , które psują jednostajność rozkładu powodując znacznie wyzsze napięcia częściowe na ogniwach zbliżonych do przewodu roboczego . Łatwo to wyjaśnić rozpatrując prądy pojemnościowe. Pojemności Cz odgałęziają z kazdego ogniwa prądy częściowe ziemi, wskutek czego prądy w pojemnościach Cs są mniejsze w miarę przesuwania się od przewodu roboczego do okucia uziemionego, zarazem napięcia częściowe na poje-mnościach Cs wypadają coraz mniejsze .Osłabienie niejednorodności pola można uzyskać za pomocą ele-ktrod ( w kształcie pierścieni ) dołączonych do zacisku wysokonapięciowego.

53.Wpływ zabrudzenia i wilgoci na wytrzymałość izolatorów. Mechanizm zabrudzeniowy.

Zanieczyszczenia wraz z wilgocią tworzą warstwę przewodzącą . Płynący prąd zgrzewa ją i w miejscach zwiększonej gęstości prądu wysusza ją ( tam powstają niezupełne wyładowania łukowe ).Przynajmniej jeden koniec sięga warstwy przewodzącej, gdzie pod wpły-wem dużego E rozwijają się procesy jonizacyjne następuje wędrówka łuku

Wzrostowi I do P3 nie musi towarzyszyć wzrost U. Do wędrówki łuku Ez>Em U_TZ<U_TW

U_TZ=U-I*Rz U- źródło ;

Rz -warstwy zabrudzonej

Przejście do P3 wymaga aby wzrostowi I towarzyszył wzrost długości łuku L. Dalszy wzrost I i L jest niemo-żliwy bez zwiększenia napięcia źródła proces wę-drówki łuku zostaje zatrzymany Iu<Ik

Ik -prąd krytyczny w pkt P.

Ograniczenie wpływu przez :

- wzrost liczby i odpowiednie ukształtowanie klosza

- wydłużenie izolatora

Dodatkowe środki: powłoki hydrofobowe i półprzewodzące , nachylenie kloszy i całych izolatorów okresowe czyszczenie izolatorów.

54.Konstrukcja izolatorów do pracy w warunkach napowietrznych

KOŁPAKOWY-łącząc kołpaki zwiększamy wytrzymałość 1 kołpak około 25kV

Przy gorszych warunkach atmosferycznych ( przy przebiciu) wystarczy wymienić jeden kołpak

WISZĄCY PNIOWY -przy lepszych warunkach , wytrzymałość ok. 3kV/cm

55.Wytrzymałość izolatorów przepustowych.

Izolatory przepustowe na NN i ŚN znamionowe budu-je się często z izolacją wyłącznie porcelanową , o nie-wyszukanym ksztalcie,prawie cylindrycznym z nielicz-nymi żebrami.Do nap. 20kV bowiem nie ma poważ-niejszych trudności z iskrami ślizgowymi. Przy nap. wyższych niż 20kV skłonność do iskier ślizgowych jest poważnym zagadnieniem konstrukcyjnym. Izolatory porcelanowe jednorurowe wymagają już przy nap. 30-45kV bardzo starannego opracowania kształtu. Przy wyższych nap. stosujemy rozwiązania wieloruro-we. Dla nap.do 100kV na rurach powłoki półprzewo-dzące, które sterują rozkładem napięcia, utrudniając wyładowania ślizgowe. Szczeliny między rurami wy-pełnia się ziarnem porcelanowym i żywicą syntety-czną. Dość rozpowszechnione są izolatory przepu-stowe olejowe, na nap. powyżej 20kV.Porcelana spełnia rolę zbiornika na olej oraz zapewnia swym kształtem wymaganą wytrzymałość powierzchniową.

56.Typowe konstrukcje izolatorów przepusto-wych. Zapobieganie wyładowaniom ślizgowym.

1.Rodzaje:

- ścienny-wnętrzowy

- napowietrzny-wnętrznowy

- wnętrzowy-transformatorowy

- napowietrzny transformatorowy

- wnetrzowo-wyłacznikowy

- napowietrzno-wyłącznikowy.

Do 20kVczęsto jako cylindryczny, porcelanowe z małą ilością żeber.

2.Wytrzymałość

układ płaski

układ cylindryczny

3. Zapobieganie

- Metalizacja

- Zwiększenie wytrzymałości ośrodka w którym rozwija się wyładowanie ślizgowe

- Odległość od elektrody uziemionej rośnie czyli U_osc rośnie

- Przepust kondensatorowy. Przez odpowiednie sto-pniowanie (długości) i odległości (pojemność) można uzyskać jednakowe natężenie pola i wyładowanie się nie rozwinie.

57.Omówić charakterystyczne cechy konstrukcji kabli elektrycznych WN.

Podział izolacji kabli jest dokonywany z uwagi układu fazowego, rozkładu pola elektrycznego, rodzaju i sposobu wykorzystania materiałów izolacyjnych oraz szczegółów rozwiązań konstrukcyjnych

Z izolacją promieniową. Ze względu na rodzaj materiału izolacyjnego: papierowo-smarowe, papierowo-olejowe nisko i wysoko ciśnieniowe, papierowo-gazowe wewnątrz i zewnątrz ciśnieniowe, kable w izolacji z tworzyw sztucznych(z izolacją polwinitową-zamiast warstw izolacji izolacja lita).

58. Z czym wiążą się mechanizmy przebicia i żywotności kabli

Wyróżnia się 3 podstawowe mechanizmy przebicia, w zależności od czasu oddziaływania naprężeń:

1. mechanizm elektryczny następujący w czasie krót-szym niż jedna sek.

2. mechanizm cieplny następujący w czasie niezbę-dnym do wystąpienia skutków cieplnych

1-10⁴ s

3. mechanizm jonizacyjno-starzeniowy następujący w wyniku stopniowej degradacji właściwości izolacyj-nych dielektryka

Żywotność kabla wiąże się ze:

- stopniem czystości dielektryków użytych w kablu

- temp. W jakiej znajduje się kabel z grubością i obję-tością dielektr.

- działaniem środowiska zwłaszcza wilgoci

- z rodzajem napięcia, jego czasem przebiegu i biegu-nowości

- z rodzajem współpracujących ze sobą materiałów

59. Problem wyładowań niezupełnych w kablach WN.

Izolacja kabla jest układem nie jednorodnym, gdyż składa się z dwóch dielektryków uwarstwionych na przemian szeregowo z papieru nasyconego, syciwa lub wtrąciny powietrznej. Układ taki nie jest także jedno-rodny pod względem napięciowym, gdyż bardziej jest naprężony ten dielektryk, którego przenikalność elektryczna jest mniejsza. Ponieważ gaz ma mniejszą wytrzymałość elektryczną oraz mniejszą przenikal-ność, dlatego proces niszczenia izolacji kabla rozpo-czyna się we wtrącinach gazowych.

We wtrącinach położonych bliżej żyły rozpoczynają się pod wpływem zwiększonego naprężenia pola elektrycznego wyładowania nie zupełne.

Napięcie, przy którym rozpoczynają się wyładowania niezupełne zależy od ciśnienia gazu oraz grubości szczeliny gazowej.

Ponieważ wyładowania niezupełne we wtrącinach gazowych powoduje niszczenie izolacji, istnieje potrzeba przeprowadzania pomiarów umożliwiających określenie, czy w danych warunkach występują w izolacji kablowej te wyładowania.

60. Głowice i mufy kablowe.

Dołączenia różnych odcinków kabli przy układaniu linii stosuje się rożne mufy:

- zwykłe łączeniowe

- zaworowe i pół zaworowe

Do zakończeń linii kablowej stosuje się głowice kablowe.

Głowica: element izolacyjny o charakterze przepusto-wym stosowana na końcu kabla w celu połączenia go do urządzenia rozdzielczego.

61. Powstawanie ładunków elektrycz w atmosferze

Ładunek elektr powstaje w chmurach burzowych.

W górnej części chmury gromadzą się ładunki dodatnie a dolnej ujemne, ale w dolnej części chmury zdarzają się obszary ładunków dodatnich. Na temat powstawania ładunków w chmurach burzowych istnieją liczne teorie:

- teoria Simpsona : rozmywanie kropel wody przez prądy powietrza. W skutek tarcia powietrza o kroplę powstaje pył wodny unoszący ładunki `-` ku górze gdy tym czasem ładunki `+' powstają na kroplach w niższych warstwach

- teoria influencyjna Wilsona : gromadzenie ładunków '- ` przez krople wody spadające w polu elektr. Krople niosą ładunki `- ` ku dołowi, wzmacniając w ten sposób pole elektr pierwotne

- teoria Findeisena: proces narastania, zanikania i rozrywania kryształków lodu w chmurze burzowej.

- emisja fotoelektryczna z górnych warstw chmury pod wpływem promieni ultrafioletowych.

W rzeczywistości na powstawanie ładunków w chmurach ma wpływ prawdopodobnie wiele różnych zjawisk działających jednocześnie.

62. Opisać mechanizm rozwoju wyładowania piorunowego.

Gdy natężenie pola elektry w komorze czynnej przekroczy lokalnie 1 kV/cm, wówczas z kropel deszczu lub z kryształów lodu zaczynają się rozwijać wyładowania stimerowe i liderowe które dają początek kanałowi wyładowania piorunowego. Kanał piorunowy rozwija się skokowo w kierunku ładunku przestrzennego przeciwnej biegunowości, tworząc wyładowania między chmurowe (około 60% przy-padków) - lub w kierunku ziemi tworząc wyłado-wania piorunowe do ziemne (od górne). Gdy natężenie pola osiąga wartość krytyczną w pobliżu ziemi, np. przy wierzchołku metalowego masztu lub wysokiego budynku, to następuje rozwój wyładowania oddolnego. Wyładowania odgórne i oddolne mogą być całkowite (zupełne) gdy kanał łączy centrum burzowe z ziemią, lub niezupełne, gdy rozwój kanału zostaje zahamowany przed dojściem do ziemi. Zwykle występują dwa rodzaje liderów (od górny i oddolny). Istnienie wielu centrów ładunku w chmurze burzowej sprawia że proces wyładowania nie kończy się na jednym wyładowaniu głównym zwykle po nim w odstępach kilku dziesięciu mikrosek następują wyładowania składowe, strzałowe wyładowania wstępne i kolejne wyładowania główne.

63. Omówić charakterystyczne parametry wyładowania piorunowego.

Do parametrów wyładowania piorunowego związanej z przebiegiem jego prądu o kształcie idealizowanym należą:

1. wartość szczytowa prądu I

2. max stromość narastania s=(di/dt)_max

3. czas trwania czoła T₁ i czas do półszczytu na

grzbiecie fali prądowej T₂

4. przenoszony przez prąd ładunek

5. impuls kwadratu prądu

lub inaczej energia właściwa wydzielona przez prąd piorunowy na rezystancji 1Ω.

6. liczba udarów prądowych w wyładowaniu wielokro-tnym N

7. częstość (gęstość) wyładowań piorunowych na powierzchni ziemi N_r

Parametry te mają charakter losowy i podlegają ocenie statystycznej.

64. Scharakteryzować rodzaje przepięć atmosferycznych w sieciach energetycznych.

1. Przepięcie indukowane (piorun uderza obok lini) osiągają wartość do 200 kV. Spowodowane są one nałożeniem na siebie dwóch stanów, poprzedzającego wyładowanie główne i stanu związanego z przepły-wem ładunku w kanale wyładowania głównego. Na przewodach zostaje zgromadzony ładunek, w chwili wyładowania zostaje on uwolniony i dzieląc się na połowy odpływa w obie strony linii w postaci fali prądowej. Napięcie U między przewodami linii a ziemią jest w uproszczeniu równe U=E_hh :

h - wysokość zawieszenia linii nad ziemią ,

E_h=-gradϕ - δa/δt

2. Przepięcia bezpośrednie zależą od ukł linii i od elementów w które uderza piorun:

- jeśli piorun uderzy w przewód roboczy linii o impedancji Z przy U=Z*I_p/2, przy przeciętnej wartości szczytowej prądu pioruna I_p=25 kA o typowej linii o Z=500 Ω, U=6,25 MV (izolacja nie może tego wytrzymać)

- jeśli przewód uderza w przewód odgromowy o impedancji Z w pewnej odległości od słupa to fala w tym przewodzie ma wartość U₁'=Z*I_p/2 w równoległym przewodzie roboczym powstaje fala indukowana o wartości U₂'=k*U₁' gdzie k=Z₂/Z₁

- jeżeli piorun uderza w wierzchołek słupa linii bez przewodu odgromowego, cały prąd pioruna wpływa do słupa max wartość napięcia

U_wmax=R_sI_mpL_s(dI_p/dt)_max

I_mp - wartość szczytowa prądu pioruna

- jeżeli piorun uderza w wierzchołek słupa linii z przewodem odgromowym. Prąd pioruna I_p dzieli się na I₁ (przewód odgromowy) I_s (w słupie).

65. Propagacja fal napięciowych w liniach elektroenergetycznych.

Propagacja - rozchodzenie się fali - odcinek linii z falą przepięciową składa się z elementów skupionych: wzdłużnymi (rezystancja R i indukcyjność L) oraz poprzecznymi (konduktancja G oraz pojemność C) odniesionych do jednostki linii

Implantacja falowa takiej linii wynosi

c­_o- prędkość rozchodzenia się fali w próżni

Pkt w którym impedancja falowa Z linii ulega zmianie jest nazywany pkt nieciągłości lub węzłem. W wyniku udaru piorunowego linia ładuje się do pewnego ładun-ku, który dzieli się na dwa równe i podąża w postaci fali w obie strony linii. Dla przebiegów udarowych G i R nie odgrywają większej roli. Możemy stwierdzić że w linii zachodzą zjawiska falowe jeśli jej długość jest przy najmniej równa długości fali lub większa. Udary piorunowe są krótkie k_u=1.2/50 w porównaniu do łą-czeniowych 50/2500μs. Gdy udar dochodzi do węzła wartość wypadkowa napięcia zależy od współczynni-ka przejścia i odbicia fali:

α - współczynnik przejścia

β- współczynnik odbicia

α = β+1

U_W= αU₁'

U₁”= βU₁'

U₁' - fala przychodząca

U₁” - fala odbita

I₁'=U₁'/z₁ I”= U₁”/z₁

U_w=U₁'+U₂' I_w=I₁'+I₂'

Z_w=U_w/I_w

66. Wyjaśnić pojęcie impedancji falowej i podać jej związek z prędkością propagacji fali.

Impedancja falowa jest to stosunek indukcyjności linii do jej pojemności (o danych rozłożonych) pod pierwiastkiem. Ma ona na celu zastąpienie schematu o danych rozłożonych schematem o stałej skupionej. Odpowiada rezystancji w obwodzie elektrycznym ale nią nie jest.(linia bezstratna)

Gdzie υ - propagacji fali

ε_w - przenikalność elektryczna względna

M_w- magnetyczna względna

C₀- 300 m/μs

67. Opisać przebiegi falowe linii o końcu rozwartym.

wsp. przejścia α=2 U_wαU₁=2U₁

wsp. odbicia β=1 I_w=0

Na końcu otwartym linii następuje podwojenie napięciowe fali padającej i fala odbita ma te samą wartość i znak co fala padająca.

Zapobiega się temu stosując na końcu linii odgromniki które ograniczają one skutecznie amplitudę udaru w węźle który zabezpieczają i za nim.

68. Przebiegi falowe w linii o końcu zwartym.

α - napięcie przejścia U_w=0

β - wsp. odbicia I_w=2U₁/z

W linii której koniec jest bezpośrednio zwarty do ziemi fala przepięciowa dochodząca do węzła powoduje powstanie fali odbitej równej co do modułu lecz o przeciwnym znaku co fala padająca.

69. Przebiegi falowe w węźle o zmieniającej się Z zmniejszej na większą.

Z_a<Z_b 1<α<2 0<β<1 U₁<U_w<2U₁

Gdy za węzłem impedancja Z_b jest większa niż imp. Z_a przed węzłem. Fala padająca spowoduje powstanie fali dobitej o amplitudzie 0<U₂<U₁ i o znaku zgodny ze znakiem fali padającej. W praktyce przypadek ten występuje przy przejściu linii kablowej w napowie-trzną. Środki zaradcze to stosowanie odgromnika w węźle W.

Gwarantuje to, że napięcie wypadkowe udaru w węźle i za nim nie przekroczy wartości napięcia zapłonu urządzenia ochronnego.

70. Opisać przebiegi falowe w węźle o skokowo zmieniającej się impedancji falowej z większej na mniejszą.

Jeżeli Z_b<Z_a, to w węźle W powstaje fala odbita o znaku przeciwnym do fali padającej (β>-1), fala przechodząca i napięcie wypadkowe w węźle W są mniejsze od napięcia fali padającej U₁ (0<α<1). Przypadek ten reprezentuje przejście linii napowietrz-nej na linię kablową i jest korzystny - zmniejsza falę przepięciową.

71. Opisać przebiegi falowe w uzwojeniach maszyn przy różnych połączeniach pkt zerowego.

Przy nadejściu fali napięciowej z linii do stacji powsta-ją w transformatorze skomplikowane przebiegi ele-ktromagnetyczne prowadzące do powstania przepięć pomiędzy częściami uzwojeń.

Przy izolowanym pkt zerowym nie można stosować izolacji stopniowanej, zachowane jest jednakże korzystne działanie pojemności ekranu, polegające na zmniejszeniu przepięcia.

Przy uziemieniu pkt zerowego przez niewielką rezys-tancję napięcie w tym punkcie otrzymuje się małe. Ze wzrostem rezystancji napięcie pkt zerowego wzrasta. Rozkład napięć wzdłuż uzwojenia przy uziemionym punkcie „0” zależy od wartości rezystancji.

72. Omówić zasady i środki ochrony odgromowej stosowane w układach elektroenergetycznych.

1. W sieciach niskiego napięcia (do 500V): podstawo-wym środkiem ochrony jest dobrze uziemiony odgro-mnik zaworowy o najwyższym napięciu roboczym U_n=660V. Odgromniki powinny być instalowane w stacjach transformatorowych i na wszystkich liniach napowietrznych w odstępach nie przekraczających 500m.

Instalowanie odgromników stosuje się w:

- skupiskach wielu odbiorów,

- obiektach użytku publicznego zawierających

materiały łatwo palne lub materiały wybuchowe,

- pkt uziemienia przewodu neutralnego.

Rezystancja uziemienia odgromników nie powinna przekraczać 10Ω. Jeżeli budynek ma urządzenie pioru-nochronne to uziemienie odgromników powinno być zgodne z uziemieniem urządzenia piorunochronnego.

2. W sieciach średnich napięć: jednym z podstawo-wych środków ochrony przepięciowej jest uziemienie pkt neutralnego przez rezystancję lub reaktancję, oprócz tego stosuje się odgromniki wydmuchowe i odgr zaworowe.

a) odgr wydmuchowe stosuje się w przypadku:

- transformatorów zasilających sieci niskiego

napięcia

- linii napowietrznych na wejściu do stacji

- przęseł specjalnych, linii napowietrznej z liniami

kablowymi

Odległość odgr od trafo nie powinno przekraczać 6m

b) odgr zaworowe - znajdują uzasadnienie w przypad-ku ochrony transformatorów zasilających sieć wyso-kiego napięcia, rozdzielnice o napięciu U₁<110kV w stacjach o napięciu U_n≥110kV, uzwojeń trafo pozo-stających w stanie jałowym.

Przy ochronie urządzeń stacyjnych a zwłaszcza uzwo-jeń transformatorów należy zapewnić jak najmniejszą odległość odgromników od tych urządzeń.

3. Siec o napięciu (110kV i wyżej) - jest stosowane skuteczne uziemienie pkt neutralnego. Linie są chro-nione na całej długości za pomocą 1 lub 2 przewodów odgr. Przewody odgromowe muszą być uziemione przy każdym słupie, a także powinny być przyłączane do uziemionych konstrukcji stacji.

Odgr. zaworowe powinny być stosowane do ochrony:

- uzwojeń trafo

- nie uziemionych skutecznie pkt gwiazdowych

trafo

- połączeń linii napowietrznych z liniami

kablowymi

- urządzeń rozdzielczych U_n>400kV

- urządzeń rozdzielczych U_n=110kV w odległości

nie większej niż 100mm i U_n=220kV nie większej niż 150mm.

Rezystancja uziemienia odgromników zaworowych nie może być większa niż 10Ω.

73. Na czym polega koordynacja izolacji? Podać jej główne zasady.

Zadaniem koordynacji izolacji jest uszeregowanie poziomów wytrzymałości elektr, musi ona zagwaran-tować wymagany stopień pewności pracy układu i przy możliwie niskich nakładach na wykonanie i ochronę jego izolacji.

W koordynacji izolacji wyróżnia się dwa zasadnicze poziomy napięciowe:

- poziom podstawowy: odpowiada wytrzymałości

elekr najsłabszych części izolacji których

przebicie nie pociąga za sobą większych strat.

Zwykle jest to samo regenerująca się izolacja

powietrzna.

- poziom ochrony: określa on napięcie obniżone za

pomocą środków ochrony przeciwprzepięciowej

np. za pomocą odgr zaworowych. Poziom do jakiego

powinno być obniżone napięcie zależy od rodzaju i

warunków pracy układu. Najniższe poziomy dotyczą

maszyn wirujących zaś kolejne wyższe odnoszą się

do izolacji: pkt neutralnego ukł 3-fazowych, transf,

przekładników, kabli, wyłączników, izolatorów prze-

pustowych.

74.Na czym polega dostosowanie konstrukcji izolacji uzwojeń odpornej na napięcie udarowe.

Jednym ze sposobów zapobiegania wyładowaniom w urządzeniach elektrycz. są odpowiednie zabiegi kons-trukcyjne, materiałowe i technologiczne, umożliwiające osiągnięcie wyższych naprężeń krytycznych w tych urządzeniach.

Przykładem zabiegów konstrukcyjnych jest zwiększe-nie promieni krzywizny przewodów i krawędzi elementów metalowych .

Właściwy dobór materiałów izolacyjnych umożliwia zmniejszenie nierównomierności rozkładu pola elektry-cznego a przez to zwiększenie marginesu między na-prężeniem max. a krytycznym. Odpowiedni proces technologiczny przyczynia się od wzrostu jednoro-dności materiału izolacyjnego , a przez to do podwy-ższenia napięcia początkowego wyładowania niezu-pełnego i ograniczenia ich intensywności .

75.Źródła napięć probierczych.

Zasadniczymi częściami składowymi zespołów pro-bierczych napięć przemiennych są: źródło napięcia, urządzenie regulacyjne i transformator probierczy. Źródłem napięcia jest sieć niskiego napięcia. Wymagane jest by była ona dostatecznie sztywna. Urządzeniem regulacyjnym w prostych układach może być zwykły transformator regulacyjny. Dość często stosuje się jednak :

- transformator Thoma z zestykiem ślizgowym

wzdłużnym,

- zahamowany silnik indukcyjny jako regulator

indukcyjny

-prądnica synchroniczna z regulacją wzbudzenia.

Urządzenia regulacyjne dobiera się tak ,aby regulacja

była jak najbardziej płynna. Spośród podanych urzą-dzeń największą moc można uzyskać stosując prądni-cę synchroniczną. Głównym urządzeniem zespołu jest transformator probierczy. Cechuje się on układem

1-fazowym ,większą grubością izolacji , dużą przekła-dnią (ok. 700-krotną),dorywczymi warunkami pracy, charakterem obciążenia pojemnościowym .Najwyższe napięcia prob. (500kV) wymagają układów złożonych z większej liczby pojedynczych transformatorów probierczych.

Zasilacze napięć stałych działają w oparciu o metodę:

- konwersji napięcia przemiennego (podstawowym

elementem są prostowniki półprzewodnikowe)

- metodę generacji elektrostatycznej(wykorzystuje zasadę maszyny elektrostatycznej typu Van de Graaffa ,może osiągać napięcie nawet 10MV

76.Typowe układy probiercze wysokiego napięcia przemiennego. Dobór paramerów układu.

Warunki próby wymagają aby nap. probiercze było wyższe od odtwarzanych przez nie napięć występują-cych na izolacji urządzeń w czasie eksploatacji .

Zasadnicze części składowe;

1. Źródło napięcia: sieć NN musi być sztywna

2. Urządzenie regulacyjne : dobór zależy od wymagań

co do płynności regulacji i mocy zespołu

3. Trafo probierczy: pojedynczy lub z kilku zestawio-nych w kaskadę .Pobór mocy TP zależy od obciążenia obiektu badanego o charakterze pojemnościowym, a także strat ΔS związanych z wyładowaniami niezupełnymi, polaryzacją , upływnością skrośną i powierzchniową .

So=ω*C*U_pr²

S_z=I_z*U_pr

77.Typowe układy probiercze wys. napięcia stałego. Dobór parametrów układu.

Stosowane są te układy do prób WN-ciowych układów izolacyjnych o dużej pojemności (kabli, kond), do wyładowań niezupełnych i do zasilania generatorów impulsowych .Metody otrzymywania:

1.Konwersji napięcia przemiennego

Głównie prostowniki półprzewodnikowe i ich układy.

Zwykle prostowniki łączone w ukł wieloelementowe :szeregowo-równoległe

Rr- rezystancja tłumiąca

Układ podwyższający napięcie

UDM=2*UM

Układ Greinchera(kaskadowy):

nopt-optymalna liczba członów

2.Zasada maszyny elektrostatycznej Van de Graaffa lub zasada maszyny wirnikowej typu Feliciego.

78.Właściwości generatorów udarów napięciowych i prądowych

Generator zasilany jest ze źródła stałego. Przez rezys-tancję Rr ładowana jest pojemność C1 do napięcia U1 .Gdy wartość napięcia przekroczy napięcie przebicia iskiernika wówczas następuje prze-skok i pojemność C1 rozładowuje się przez R2 i R1 ładując kondensator C2 . Przez dobór R1,R2,C1,C2 można uzyskać odpo-wiedni kształt udaru .Jeśli rezystancjaR2 włączona równolegle do C2 to sprawność generatora równa się:

jeżeli natomiast R2 włączona jest między iskiernik I i R1 to

.

Można wyznaczyć wartość szczytową udaru Um=η*Uc. Po zaniku udaru C1 ładuje się od nowa i proces się powtarza Częstość udarów zależy od stałej czasowej Rt*C1 i napięcia źródła Uc .Zwiększenie na-pięcia udarowego następuje przez zwiększenie liczby stopni . Pojemność C2 i rezystancja R1 kształtują czo-ło udaru .Problemem w pracy generatora jest jego sta-bilność (stan elektrod i opóźnienia przeskoku).

Pojemność C1 jest większa niż w generatorach napię-ciowych .jest ona rozładowywana przez iskiernik I,R1 indukcyjność L ,rezystancję obiektu badanego Ro

T1-czas trwania czoła, T2-czas do półszczytu

Im-wartość szczytowa .

Najczęściej stosowany znormalizowany udar ma kształt T1/T2=8/20.

79.Typowe układy probiercze WN udarowego

Dobór parametrów układu.

W zależności od wymaganej amplitudy udaru stosuje się układy jednostopniowe i wielostopniowe .

1. Jednostopniowy.

Źródłem nap. stałego może być zasilacz. Przez Rτ ładowana jest poj. C1 do wartości Uo Przy pewnej wartości następuje przeskok na iskierniku. η=sprawność nap. generatora .

Dla R1/R2 i τ_1>>τ₂ :

2.Wielostopniowy

a)obwód ładowania

b) obwód rozładowania

U=η*Uo

Wypadkowa rezystancja kształtująca czoło

R1=R1”+∑R1'=R1”+nR1'

Wypadkowa rezystancja rozładowcza przy pominięciu rezystancji ładowania

R2=∑R2'=nR2'

80.Omówić metody prób izolacji wysokim nap. przemiennym.

W próbach napięciem przemiennym jest zwiększona jego wartość aż do wystąpienia przebicia (przeskoku).

Próbę tę ponawia się kilkukrotnie mierząc za każdym razem nap. przeskoku .Za wynik prób przyjmuje się wartość średnią napięcia :

1. wyznaczenie nap. przeskoku: przyłożone nap. do obiektu badanego podnosi się do przewidywalnej wartości nap. przeskoku aż do wystąpienia przeskoku Na jednym obiekcie wykonuje się co najmniej 5 po-miarów napięcia Up (nap. przeskoku) w odstępach czasu (1-5min)

2.Wyznaczenie napięcia przebicia - polega na wyzna-czeniu wytrzymałości doraźnej, stopniowej bądź długo-trwałej:

- doraźna- napięci probiercze podnosi się ze stałą prędkością aż do wystąpienia przebici badanej izolacji;

- stopniowa-doprowadza się napięcie do pewnej wartości ,utrzymuje się je przez pewien czas , następnie podnosi się ponownie nap. i znowu utrzymujemy je przez pewien czas i tak aż do wystąpienia przebicia;

- długotrwałą- do obiektu doprowadza się nap. o określonej wartości i utrzymuje się je aż do przebicia izolacji.

81.Omówic metody prób izolacji wysokim napię-ciem stałym.

Można wyróżnić próby izolacji napięciem probierczym (wytrzymywanym ) określonej wartości lub pomiary napięcia przebicia, przeskoku izolacji oraz wyznacza-nie charakterystyk napięciowo czasowych z układu powielacza (lub prostownika) podaje się napięcie przez opory szeregowe do układu. Napięcie jest mierzone przez miernik przyłączony do dzielnika rezystancyjne-go. Bada się izolację kabli prądu stałego oraz izolatory

82. Omówić metody prób izolacji wysokim

napięciem udarowym

W próbach napięciem udarowym chodzi o 50%-owe napięcie przeskoku. Do wyznaczenia napięcia prze-skoku jest stosowana metoda serii lub metoda góra-dół.

1.Metod serii-doprowadza się kolejno serię 10 do 20 udarów tego samego kształtu i wartości szczytowej, które po każdej serii stopniowo się zwiększa.Na podstawie stosunku liczby przeskoków do liczby udarów określa się prawdopodobieństwo

wystąpienia przeskoku.

2.Metoda góra-dół - do ukłądu badanego doprowadza się około 20 udarów(licząc je od chwili wystąpienia pierwszego przeskoku)o napięciach szczytowych różniących się o stałą wartość ΔU, zwaną krokiem napięciowym .Po wystąpieniu przeskoku zmniejsz się wartość szczytową o ΔU ,a po udarze bez przeskoku wartość szczytową zwiększa się o ΔU. Wartość na-pięcia Uo występuje przed pierwszym przeskokiem,

wyznacza poziom zerowy

Inne metody to:

3.Wyznaczenie minimalnego napięcia przebicia

4. Wyznaczenie minimalnego napięcia przeskoku

83.Próby napięciowe izolatorów na mokro i w warunkach zabrudzeniowych.

Wykonuje się na podstawie odpowiedniej normy. Próba polega na stwierdzeniu wytrzymałości staty-cznej i udarowej .

Próba wytrzymałości statycznej polega na przyłożeniu napięcia (ok.3Un)do izolatora i pomiarze czasu w którym nie powinno być przeskoku(przebicia).

Próba na mokro polega na stworzeniu imitacji deszczu (znormalizowanego: kąt padania ,wysokość opadu, i rezystywność wody ) i tak samo izolator powinien wytrzymać. Próba udarowa polega na wyznaczeniu 50% napięci przeskoku (przykłada się określone udary o znanej amplitudzie).W przypadku odgromników jest to napięcie 100%(bo odgromnik musi zawsze zadziałać)

84.Omówić metody pomiarowe wysokich napięć stałych i przemiennych.

Iskiernik jest najprostszym przyrządem służącym do bezpośredniego pomiaru wartości szczytowych napięć przemiennych i stałych. Wykorzystuje się w tym celu znaną dla iskiernika zależność napięcia przeskoku od odstępu elektrod.

Do pomiaru napięć przemiennych stosuje się rów-nież dzielniki pojemnościowe. Pomiar napięcia odbywa się poprzez rejestrację wartości szczytowej napięcia.

Woltomierz elektrostatyczny mierzy napięcie stałe Um równe wartości max. U2max., napięcia U2. Oprócz tego do pomiaru napięcia przemiennego stosuje się jeszcze metodę prostownikową z kompensatorem szeregowym, pomiar bezpośrednim woltomierzem elektrostatycznym oraz pomiar za pomocą przekładni-ka napięciowego(po stronie wtórnej włączany wolto-mierz )

Do pomiaru napięcia stałego stosuje się np. dzielni-ki rezystancyjne .Muszą mieć one znaczną rezystancję ponieważ ze względu na niewielką moc źródeł napię-cia stałego należy ograniczyć pobór prądu przez układ pomiarowy. Pomiar napięcia może odbywać się przez określenie napięcia na danym stopniu za pomocą wol-tomierza elektrostatycznego lub przez pomiar prądu płynącego w obwodzie pomiarowym.

85. Omówić metody pomiarowe napięć udaro-wych i szybko zmiennych.

Metody pomiaru

a) iskiernikowa-bezpośrednia ,może być stosowana do pomiaru wartości szczytowej udarów pełnych lub ucię-tych ;mała dokładność ale nie zawodna

b) oscylograficzna-pośrednia ,muszą być stosowane oscyloskopy o dużej liczbie próbek; oscyloskop musi być sprzężony kablem koncentrycznym z dzielnikiem o odpowiedniej impedancji falowej

c) miernikowa-pomiar napięcia szczytowego

d) cyfrowa-z przetwornikiem A/D; umożliwiają automatyzację pomiarów

86. Omówić metody pomiarowe wyładowań niezupełnych

Pomiar wyładowań niezupełnych ma na celu określe-nie charakteru wyładowań i odróżnienie ich od zakłó-ceń powstających poza badanym dielektrykiem .

Jedną z metod służących do pomiaru mocy wyładowań niezupełnych jest metoda rozdziału strat. W metodzie tej stosuje się zmodyfikowany mostek Scheringa wyposażony w przełączalne wskaźniki równowagi mostka : galwanometr wibracyjny i oscyloskop ze wzmacniaczem.

Przy włączonym galwanometrze jest mierzony tgδ1, uwzględniający straty całkowite (dielektryczne i wy-wołane wyładowaniami niezupełnymi). Jeśli jest włą-czony oscyloskop to mierzy się tylko straty dielekry-czne tgδ2. Straty wywołane wyładowaniami niezupeł-nymi można wyznaczyć z zależności

U- napięcie doprowadzone do układu

ω- pulsacja

Cx -pojemność badanego obiektu

87. Omówić metody pomiaru stratności izolacji (współczynnika strat) przy wysokim napięciu

Wyróżnić należy straty wewnątrz dielektryków stałych i straty ulotowe na zewnątrz dielektryków. Pomiar tgδ może być przeprowadzany za pomocą mostka Scheringa (prostego lub odwróconego) w sposób bezpośredni lub za pomocą watomierza w sposób pośredni. Moc tracona w obiekcie P=U*I*tgδ (odczyt po skompensowaniu przez układ RC przesunięcia fazowego między napięciami na cewce watomierza i na obiekcie badanym) dokładność tej metody jest nie-duża dlatego nadaje się ona do obiektów o dużej poje-mności.

Straty ulotowe można pomierzyć metodami

- antenowa -równolegle do przewodu ulotującego jest prowadzony dodatkowy przewód (antena) uziemiony w środku przez małą impedancję .Miarą ulotu jest ła-dunek q' indukowany na antenie przez proporcjonalny do niego ładunek q na przewodzie ulotującym.

- metoda trzech amperomierzy -do źródła zasilania jest dołączony kondensator porównawczy C. Mierzymy I₁ I₂ I₃

P=f (ωC I₁ I₂ I₃ )-moc strat jest funkcją tych zmiennych. Tak dobieramy C aby I₂ =I₃

Metody bezpośrednie : metody watomierzowe i mostkowo-watomierzowe

88.Pomiar wysokonapięciowym mostkiem Scheringa

Mostek Scheringa znajduje zastosowanie w badaniach profilaktycznych izolacji do pomiaru jej pojemności i rezystancji skrośnej a przede wszystkim współczynni-ka strat dielektrycznych tgδ.

Rozróżniamy dwa układy mostków Scheringa

- prosty- obiekt badany Cx nie ma bezpośredniego kontaktu z ziemią

- odwrócony -jedna z elektrod obiektu badanego jest bezpośrednio uziemiona .

W pierwszym przypadku urządzenia służące do zrównoważenia mostka znajdują się pod niskim napięciem i są dostępne dla personelu

Aby nie przedostało się do nich wysokie napięcie są one chronione iskiernikiem.

W drugim przypadku urządzenia te znajdują się pod wysokim napięciem i muszą być umieszczone w klatce Faradaya .

Warunki równowagi

;
;

tgδ=ωCxRx=ωC4R4

Dokładność pomiaru CxRx zależy od czułości mostka, jakości elementów wzorcowych zwłaszcza pojemności C2

1

---